2018届高考二轮复习鲁科版专题17有机化学基础学案

2018届高考二轮复习鲁科版专题17有机化学基础学案

专题十七 有机化学基础（选修） 学习目标： 1、掌握烃(烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃)及其衍生物(卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯)的组成、结构特 点和性质。 2、了解糖类、油脂、氨基酸和蛋白质的组成、结构特点和主要化学性质及其应用。 2、了解有机化学反应类型，认识不同类型化合物之间的转化关系，能设计合理路线合成有机化合物。 3、了解有机化合物碳原子的成键特征，了解同系物的概念和同分异构现象，能正确判断和书写有机化 合物的同分异构体。 学习重难点： 1、 烃及其衍生物的组成、结构特点和性质。 2、 正确判断和书写有机化合物的同分异构体。 3、 有机化学反应类型，设计合理路线合成有机化合物 自主学习： 考点一：同分异构体 【知识梳理】 1．同分异构体的种类 (1)碳链异构 (2)官能团位置异构 (3)类别异构(官能团异构) 有机物分子通式与其可能的类别如下表所示： 组成通式 可能的类别 典型实例 CnH2n 烯烃、环烷烃 CnH2n－2 炔烃、二烯烃 CH≡C—CH2CH3 与 CH2===CHCH===CH2 CnH2n＋2O 饱和一元醇、醚 C2H5OH 与 CH3OCH3 CnH2nO 醛、酮、烯醇、环醚、 环醇 CnH2nO2 羧酸、酯、羟基醛 CH3COOH、HCOOCH3 与 HO—CH2—CHO CnH2n－6O 酚、芳香醇、芳香醚 CnH2n＋1NO2 硝基烷、氨基酸 CH3CH2—NO2 与 H2NCH2—COOH Cn(H2O)m 单糖或双糖 葡萄糖与果糖(C6H12O6)、蔗糖与麦芽糖 (C12H22O11) 2.同分异构体的书写规律 书写时，要尽量把主链写直，不要写得歪扭七八的，以免干扰自己的视觉；思维一定要有序，可按下列顺 序考虑： (1)主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列邻、间、对。 (2)按照碳链异构→位置异构→官能团异构的顺序书写，也可按官能团异构→碳链异构→位置异构的顺序书 写，不管按哪种方法书写都必须防止漏写和重写。(书写烯烃同分异构体时要注意是否包括“顺反异构”) (3)若遇到苯环上有三个取代基时，可先定两个的位置关系是邻或间或对，然后再对第三个取代基依次进行 定位，同时要注意哪些是与前面重复的。 【题组集训】 1．分子式为 C5H12O 的醇与和它相对分子质量相等的一元羧酸进行酯化反应，生成的酯共有(不考虑立体异 构)( ) A．15 种 B．16 种 C．17 种 D．18 种 【答案】B 【解析】饱和一元羧酸和多一个碳原子的饱和一元醇的相对分子质量相同，C5H12O 属于醇的同分异构体共有 8 种，C4H8O2 属于羧酸的同分异构体共有 2 种，所以符合条件的同分异构体共有 16 种。 2．分子式为 C9H18O2 的有机物 A 有下列转化关系 其中 B、C 的相对分子质量相等，则 A 的可能结构有( ) A．8 种 B．10 种 C．16 种 D．6 种 【答案】A 【 解 析 】 B 的 分 子 式 为 C5H12O ， C 的 分 子 式 为 C4H8O2 ， 符 合 条 件 的 B 有 CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH ， ， ， 共 4 种，而羧 酸有两种，所以 A 的同分异构体共有 8 种。 3．分子式为 C5H10O3 的有机物与 NaHCO3 溶液反应时，生成 C5H9O3Na；而与金属钠反应时生成 C5H8O3Na2。则该有 机物的同分异构体有______种。(不考虑立体异构) A．10 B．11 C．12 D．13 【答案】C 【解析】该有机物含有一个羧基和一个羟基，符合条件的同分异构体有 (注：标号 为—OH 所处的位置，下同)， 【方法技巧】同分异构体的判断方法 1．记忆法：记住已掌握的常见的异构体数。例如： (1)凡只含一个碳原子的分子均无同分异构； (2)丁烷、丁炔、丙基、丙醇有 2 种； (3)戊烷、戊炔有 3 种； (4)丁基、丁烯(包括顺反异构)、C8H10(芳香烃)有 4 种； (5)己烷、C7H8O(含苯环)有 5 种； (6)C8H8O2 的芳香酯有 6 种； (7)戊基、C9H12(芳香烃)有 8 种。 2．基元法：例如：丁基有 4 种，丁醇、戊醛、戊酸都有 4 种。 3．替代法：例如：二氯苯 C6H4Cl2 有 3 种，四氯苯也有 3 种(Cl 取代 H)；又如：CH4 的一氯代物只有一种， 新戊烷 C(CH3)4 的一氯代物也只有一种。(称互补规律) 4．对称法(又称等效氢法) 等效氢法的判断可按下列三点进行： (1)同一碳原子上的氢原子是等效的； (2)同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的； (3)处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面成像时物与像的关系)。 (一元取代物数目等于 H 的种类数；二元取代物数目可按“定一移一，定过不移”判断) 考点二：官能团与性质 【知识梳理】 类别 通式 官能团 代表物 分子结构特点 主要化学性质 卤代烃 一卤代烃： R—X 多元饱 和卤代烃： CnH2n＋2－mXm 卤原子 —X C2H5Br(Mr： 109) 卤素原子直接 与烃基结合 β碳上要有氢 原子才能发生 消去反应，且有 几种 H 生成几 种烯 (1)与 NaOH 水溶液共热 发生取代反应生成醇 (2)与 NaOH 醇溶液共热 发生消去反应生成烯 醇 一元醇： R—OH 饱和多元醇： CnH2n＋2Om 醇羟基 —OH CH3OH(Mr：32) C2H5OH(Mr：46) 羟基直接与链 烃基结合，O—H 及 C—O 均有极 性 β碳上有氢原 子才能发生消 去反应；有几种 H 就生成几种 烯 α碳上有氢原 子才能被催化 氧化，伯醇氧化 为醛，仲醇氧化 为酮，叔醇不能 被催化氧化 (1)跟活泼金属反应产 生 H2 (2)跟卤化氢或浓氢卤 酸反应生成卤代烃 (3)脱水反应： 乙醇 140 ℃分子间脱 水生成醚 170 ℃分子内脱 水生成烯 (4)催化氧化为醛或酮 (5)一般断 O—H 键，与 羧酸及无机含氧酸反应 生成酯 醚 R—O—R 醚键 C2H5O C2H5(Mr： 74) C—O 键有极性 性质稳定，一般不与酸、 碱、氧化剂反应 酚 酚羟基 —OH —OH 直接与苯 环上的碳相连， 受苯环影响能 微弱电离 (1)弱酸性 (2)与浓溴水发生取代 反应生成沉淀 (3)遇 FeCl3 呈紫色 (4)易被氧化 醛 醛基 HCHO 相当于两 个—CHO， (1)与 H2 加成为醇 (2)被氧化剂(O2、多伦 试剂、斐林试剂、酸性 有极 性、能加成 高锰酸钾等)氧化为羧 酸 酮 羰基 有极 性、能加成 (1)与 H2 加成为醇 (2)不能被氧化剂氧化 为羧酸 羧酸 羧基 受羰基影响， O—H 能电离出 H＋， 受 羟基影响不能 被加成 (1)具有酸的通性 (2)酯化反应时一般断 裂羧基中的碳氧单键， 不能被 H2 加成 (3)能与含—NH2 的物质 缩去水生成酰胺(肽键) 酯 酯基 酯基中的碳氧 单键易断裂 (1)发生水解反应生成 羧酸和醇 (2)也可发生醇解反应 生成新酯和新醇 氨基酸 RCH(NH2)COOH 氨基—NH2 羧基 —COOH H2NCH2COOH (Mr：75) —NH2 能以配位 键结合 H＋； —COOH 能部分 电离出 H＋ 两性化合物，能形成肽 键 蛋白质 结构复杂不 可用通式表 示 肽键 氨基—NH2 羧基 —COOH 酶 多肽链间有四 级结构 (1)两性 (2)水解 (3)变性(记条件) (4)颜色反应(鉴别)(生 物催化剂) (5)灼烧分 解 糖 多数可用下 列通式表示： Cn(H2O)m 羟基—OH 醛基 —CHO 羰基 葡萄糖 CH2OH(CHOH)4 CHO 淀粉 (C6H10O5)n 纤 维素 [C6H7O2(OH)3]n 多羟基醛或多 羟基酮或它们 的缩合物 (1)氧化反应(鉴别)(还 原性糖) (2)加氢还原 (3)酯化反应 (4)多糖水解 (5)葡萄糖发酵分解生 成乙醇 油脂 R′COOCHRCO OCH2R″COOCH 2 酯基 ， 可能有碳 碳双键 酯基中的碳氧 单键易断裂 烃基中碳碳双 键能加成 (1)水解反应(碱中称皂 化反应) (2)硬化反应 【题组集训】 1．从香荚兰豆中提取的一种芳香化合物，其分子式为 C8H8O3，遇 FeCl3 溶液会呈现特征颜色，能发生银镜反 应。该化合物可能的结构简式是( ) 【答案】A 【解析】遇 FeCl3 溶液显特征颜色，说明该物质含有酚羟基，B 项错误；能发生银镜反应，则说明有—CHO 或者是甲酸某酯，故 A 项正确，C 项错误；而 D 项中，其分子式为 C8H6O3，与题意不符，故 D 项错误。 2．去甲肾上腺素可以调控动物机体的植物性神经功能，其结构简式如图所示。下列说法正确的是( ) A．每个去甲肾上腺素分子中含有 3 个酚羟基 B．每个去甲肾上腺素分子中含有 2 个手性碳原子 C．1 mol 去甲肾上腺素最多能与 2 mol Br2 发生取代反应 D．去甲肾上腺素既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应 【答案】D 【解析】A 项，和苯环直接相连的羟基才是酚羟基，每个去甲肾上腺素分子中含有 2 个酚羟基，不正确；B 项， 一个碳原子连有 4 个不同的原子或原子团，这样的碳原子是手性碳原子，只有和苯环直接相连的碳原 子为手性碳原子，错误；C 项，溴水能和酚羟基的邻对位上的 H 原子发生取代反应，且 1 mol Br2 取代 1 mol H 原子，苯环上有 3 个位置可以被取代，不正确；D 项，去甲肾上腺素分子中既有酚羟基又有 —NH2，因此既能和盐酸反应，又能和氢氧化钠溶液反应，正确。 3．孔雀石绿是化工产品，具有较高毒性，高残留，容易致癌、致畸。其结构简式如图所示。下列关于孔雀 石绿的说法正确的是( ) A．孔雀石绿的分子式为 C23H25N2 B．1 mol 孔雀石绿在一定条件下最多可与 6 mol H2 发生加成反应 C．孔雀石绿属于芳香烃 D．孔雀石绿苯环上的一氯取代物有 5 种 【答案】D 【解析】A 项，分子式应为 C23H26N2；B 项，1 mol 孔雀石绿在一定条件下最多可与 9 mol H2 发生加成反应；C 项，在该物质中除 C、H 外，还有氮元素，不属于芳香烃；D 项，上面苯环有 3 种，左边苯环有 2 种， 应特别注意右边不是苯环。 4．美国梅奥诊所的研究人员发现，绿茶中含有 EGCG(表示没食子儿茶素没食子酸酯)物质具有抗癌作用，能 使血癌(白血病)中癌细胞发生自杀性死亡，已知 EGCG 的结构简式如图所示，有关 EGCG 的说法错误的是 ( ) A．EGCG 的分子式为 C22H18O11 B．EGCG 在空气中易氧化，也能与溴水发生加成反应 C．1 mol EGCG 最多可与含 9 mol 氢氧化钠的溶液完全作用 D．EGCG 能与碳酸钠溶液反应，但不能放出二氧化碳 【答案】B 【解析】B 项，EGCG 在空气中易被氧化，但不能与溴水发生加成反应，应发生取代反应；C 项，所有酚—OH 和酯基均能和 NaOH 反应；D 项，酚—OH 能和 Na2CO3 溶液反应，但由于酸性小于 H2CO3，所以不会放出 CO2 气体。 【题后归纳】记准几个定量关系 1．1 mol 醛基消耗 2 mol Ag(NH3)2OH 生成 2 mol Ag 单质、1 mol H2O、3 mol NH3；1 mol 甲醛消耗 4 mol Ag(NH3)2OH。 2．1 mol 醛基消耗 2 mol Cu(OH)2 生成 1 mol Cu2O 沉淀、2 mol H2O。 3．和 NaHCO3 反应生成气体：1 mol—COOH 生成 1 mol CO2 气体。 4．和 Na 反应生成气体：1 mol —COOH 生成 0.5 mol H2；1 mol —OH 生成 0.5 mol H2。 5．和 NaOH 反应 1 mol —COOH(或酚—OH，或—X)消耗 1 mol NaOH； 1 mol (R 为链烃基)消耗 1 mol NaOH； 1 mol 消耗 2 mol NaOH。 考点三：有机物的性质及有机反应类型 【知识梳理】 1．取代反应 有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫取代反应。 (1)酯化反应：醇、酸(包括有机羧酸和无机含氧酸) (2)水解反应：卤代烃、酯、油脂、糖类、蛋白质，水解条件应区分清楚。如：卤代烃——强碱的水溶液； 糖类——强酸溶液；酯——无机酸或碱(碱性条件水解反应趋于完全)；油脂——无机酸或碱(碱性条件 水解反应趋于完全)；蛋白质——酸、碱、酶。 (3)硝化(磺化)反应：苯、苯的同系物、苯酚。 (4)卤代反应：烷烃、苯、苯的同系物、苯酚、醇、饱和卤代烃等。 特点：每取代一个氢原子，消耗一个卤素分子，同时生成一个卤化氢分子。 (5)其他：C2H5OH＋HBr――→△ C2H5Br＋H2O 2．加成反应 有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新化合物的反应叫加成反应。如烯烃与 卤素、卤化氢或氢气、水的反应；炔烃与卤素、卤化氢或氢气、水的反应；苯与氢气的反应等。 3．氧化反应 (1)与 O2 反应 ①点燃：有机物燃烧的反应都是氧化反应。 ②催化氧化：如醇―→醛(属去氢氧化反应)；醛―→羧酸(属加氧氧化反应) (2)使酸性高锰酸钾溶液褪色的反应 在有机物中，如：R—CH===CH2、R—C≡CH、ROH(醇羟基)、R—CHO、苯的同系物等都能使酸性高锰酸钾 溶液褪色，发生的反应都属氧化反应。 (3)银镜反应和使 Cu(OH)2 转变成 Cu2O 的反应 实质上都是有机物分子中的醛基(—CHO)加氧转变为羧基(—COOH)的反应。因此凡是含有醛基的物质均 可发生上述反应(碱性条件)。 含醛基的物质：醛、甲酸(HCOOH)、甲酸酯(HCOOR)、甲酸盐、葡萄糖、麦芽糖。 4．还原反应 主要是加氢还原反应。能发生加氢还原反应的物质在结构上有共性，即都含有不饱和键。如：烯烃、炔 烃、苯及苯的同系物、苯酚、醛、酮、油酸、油酸甘油酯等。 CH3CHO＋H2――→Ni △ CH3CH2OH NO2＋3Fe＋6HCl―→NH2＋3FeCl2＋2H2O 5．消去反应 有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子(如 H2O、HX 等)，而生成含不饱和键(碳 碳双键或三键)化合物的反应，叫做消去反应。如：卤代烃、醇等。卤代烃消去反应条件：强碱的醇溶 液、共热；醇消去反应条件：浓硫酸加热(170 ℃)。 满足条件：①卤代烃或醇分子中碳原子数≥2；②卤代烃或醇分子中与—X(—OH)相连的碳原子的邻位碳 上必须有 H 原子。 C2H5OH ――→浓 H2SO4 170 ℃CH2===CH2↑＋H2O CH3—CH2—CH2Br＋KOH――→乙醇 △ CH3—CH===CH2↑＋KBr＋H2O 6．显色反应 含有苯环的蛋白质与浓 HNO3 作用呈白色，加热变黄色。 7．聚合反应 含碳碳双键、碳碳叁键的烯烃、炔烃加聚，含—OH、—COOH、—NH2 官能团的物质间的缩聚 加聚： 该考点在非选择题上的命题形式一直是以框图形式给出，主要考查化学反应方程式的书写、反应类型的 判断、官能团的类别、判断或书写同分异构体。 【题组集训】 题组一 有机物性质推断类 1．3对甲苯丙烯酸甲酯(E)是一种用于合成抗血栓药的中间体，其合成路线如下： 已知：HCHO＋CH3CHO ――→OH－，△CH2===CHCHO＋H2O (1)遇 FeCl3 溶液显紫色且苯环上有两个取代基的 A 的同分异构体有________种。B 中含氧官能团的名称为 ________。 (2)试剂 C 可选用下列中的________。 a．溴水 b．银氨溶液 c．酸性 KMnO4 溶液 d．新制 Cu(OH)2 悬浊液 (3) 是 E 的一种同分异构体，该物质与足量 NaOH 溶液共热的 化学方程式为_____________________________________________。 (4)E 在一定条件下可以生成高聚物 F，F 的结构简式为________________________________。 【答案】(1)3 醛基 (2)bd 【解析】新信息中发生的反应是甲醛断开碳氧双键，乙醛断开α C—H 键发生了加成反应，后再发生消去反 应。由此可知 B 的结构简式为 ，所含官能团为醛基和碳碳双键；B→D 是—CHO 生成 了—COOH，D→E 是发生了酯化反应。 (1)“遇 FeCl3 溶液显紫色”说明含有酚羟基；A 中的醛基是不饱和的，故结构中应该还含有—CH===CH2， 在苯环上有邻、间、对 3 种同分异构体。 (2)将—CHO 氧化成—COOH 的试剂可以是银氨溶液或新制 Cu(OH)2 悬浊液，但不能用酸性 KMnO4 溶液，它 能将碳碳双键也氧化；也不能用溴水，它能与碳碳双键加成。 (3) 水解时消耗 1 mol H2O，生成的酚和羧酸消耗 2 mol NaOH 的同时生成 2 mol H2O，故反应方程式为 (4)E 中含有碳碳双键，能够发生加聚反应生成 题组二 有机物合成题 2．立方烷( )具有高度对称性、高致密性、高张力能及高稳定性等特点，因此合成立方烷及其衍生物成 为化学界关注的热点。下面是立方烷衍生物 I 的一种合成路线： 回答下列问题： (1)C 的结构简式为________________，E 的结构简式为________________。 (2)③的反应类型为________________，⑤的反应类型为________________。 (3)化合物 A 可由环戊烷经三步反应合成： 反应 1 的试剂与条件为________________；反应 2 的化学方程式为______________； 反应 3 可用的试剂为______________________。 (4)在 I 的合成路线中，互为同分异构体的化合物是________________(填化合物代号)。 (5)I 与碱石灰共热可转化为立方烷。立方烷的核磁共振氢谱中有________个峰。 (6)立方烷经硝化可得到六硝基立方烷，其可能的结构有________种。 【答案】(1) (2)取代反应 消去反应 (3)Cl2/光照 O2/Cu(其他合理答案也可) (4)G 和 H (5)1 (6)3 【解析】(1)(2)由流程 ，及两种物质结构上的变化推知该反应为取代反应，B 属于卤代 物，在碱的乙醇溶液中会发生消去反应，生成 ，故 C 的结构简式为 ，由 C→D，按取代反 应定义可知③为取代反应；D 中含有 ，可以与 Br2 发生加成反应生成 ；由 E 与 F 的 结 构 比 较 可 知 ⑤ 为 消 去 反 应 。 (3) 化 合 物 A 可 由 合 成 ， 合 成 路 线 为 ，故反应 1 的试剂与条件为 Cl2/光照，反应 3 可用的试剂为 O2/Cu(或其他合理答案)。 (4)根据同分异构体的概念，具有相同分子式和不同结构的物质互为同分异构体，观察 G 与 H 的结构简 式可知两者互为同分异构体。 (5)立方烷的 8 个顶点各有 1 个 H，完全相同，即只有 1 种 H，故核磁共振氢谱中谱峰个数为 1。 (6)立方烷中有 8 个 H，根据换元法，可知六硝基立方烷的种数与二硝基立方烷的种数相同，而二硝基 立方烷可能的结构共有 3 种，如下所示： 故六硝基立方烷可能的结构也有 3 种。 3．非诺洛芬是一种治疗类风湿性关节炎的药物，可通过以下方法合成： 请回答下列问题： (1)非诺洛芬中的含氧官能团为________和________(填名称)。 (2)反应①中加入的试剂 X 的分子式为 C8H8O2，X 的结构简式为________________。 (3)在上述五步反应中，属于取代反应的是________(填序号)。 (4)B 的一种同分异构体满足下列条件： Ⅰ.能发生银镜反应，其水解产物之一能与 FeCl3 溶液发生显色反应。 Ⅱ.分子中有 6 种不同化学环境的氢，且分子中含有两个苯环。 写出该同分异构体的结构简式：____________________________________________。 (5)根据已有知识并结合相关信息，写出以 为原料制备 的合成路线流程图 (无机试剂任用)。合成路线流程图示例如下： CH3CH2Br ――→NaOH 溶液 △ CH3CH2OH ――→CH3COOH 浓硫酸，△CH3COOCH2CH3 【答案】 (1)醚键 羧基 【解析】(1)—O—为醚键、—COOH 为羧基。(2)根据 A( )到 B( )的转化，再结合 X 的分子式 C8H8O2，可推得 X 的结构简式为 。 (3)第①步—Br 被取代，第②步属于加成或者还原反应，第③步—OH 被取代，第④步—Br 被取代，第 ⑤步酸性条件下—CN 转化为—COOH，反应方程式：R—CN＋3H2O―→R—COOH＋NH3·H2O，很显然不属于 取代反应。(4)该物质与 B ( )互为同分异构体，水解产物之一能与 FeCl3 溶液发生显色反应，则说明 有酚羟基生成的酯基，能发生银镜反应，则说明是甲酸生成的酯，分子中有 2 个苯环，且只有 6 种不 同化学环境的 H 原子，则说明该物质的结构非常对称，因此可推断该有机物的结构简式为 。(5)根据上述合成非诺洛芬的流程，采用逆推法，可得到答案。根据 上述第②步反应，—CHO 在 NaBH4 作用下，生成—CH2OH，根据上述反应第③步可知引入—Br，醇在浓硫 酸作用下发生消去反应，得到碳碳双键，再与 HBr 发生加成反应，得到 ，再经过上述第 ④步反应，在 NaCN 作用下生成 ，最后再发生上述第⑤步反应，得到最终的物质 。